高空机翼风筝发电设想

杨正瓴

天津大学 电气自动化与信息工程学院

2021-08-15

利用高空太阳能、风能的一种方法，即“高空机翼风筝”发电：

参照风筝、滑翔机，并吸收正常飞机的机翼和尾舵控制，整体采用放风筝式的升空和降落操作。在天气可以发电时升空，不适合发电或恶劣天气时候收回（降落到地面）。

可用机翼、尾舵等进行空中姿态控制。风筝式升空，辅以氢气球（电解水产生）进行升空和悬空。当然需要流线型的总体外形设计。

上面安装数台小型风力发电机，风筝上面太阳能发电。

地表绳索固定，并用导线输电到地面。

总体上小型化，分布式。可以增加安全性。如降低跌落对地面物体的伤害。

如果可以升空至平流层的底部，则基本上避开了云层的影响，而且平流层风速相对大且稳定。这样可以保证高空机翼风筝的太阳能、风能的均匀稳定出力。“在高度为离地面10~12千米的地球大气层的对流层有股强大的气流， 其风速每秒可达25~30米”。^[1]

“高空机翼风筝”是总体形状，可以将常见的小型风力发电机的偏航尾翼改为风筝；或者将Alphabet's Wind Energy Kites 机身^[2]改为风筝。

如下图所示：

图1 高空机翼风筝总体外形示意图，素材来自互联网。感谢原作者和有关人员！

类似鱼身（但改为近似平面，并且类似飞机机翼类型的形状）的大风筝，结合小型风机发电机。可以像Alphabet's Wind Energy Kites安装数台小型风力发电机。

图2 Alphabet's Wind Energy Kites

首先采用流体力学软件仿真初选外形。之后3D打印，风洞物理实验优化。

参考资料：

[1] 气球上的发电站[J]. 能源研究与信息, 1989, 5(3): 79.

https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-NYYX198903014.htm

[2] IEEE Spectrum, 2019-02-20, Alphabet's Wind Energy Kites to Fly Offshore

https://spectrum.ieee.org/energywise/energy/renewables/alphabets-moonshot-wind-kites-to-fly-offshore